CN203374354U - 用于斯特林发动机冷却器的主动式热管冷却装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于斯特林发动机冷却器的主动式热管冷却装置，冷却器下底板和发动机气缸外壁围成的一个圆柱形空心通孔腔体，空心通孔腔体内充满导热油，从冷却器圆筒壁外周面向空心通孔腔体内插有水平方向均匀间隔分布，竖直方向均匀排布的热管管组。该装置实现发动机压缩热由“冷却管束、气缸圆筒外壁→导热油→热管、冷却器圆筒壁、冷却器下底板→外界环境”的主动散热过程。它解决了循环冷却水系统的额外能耗问题，避免了冷却水的流失浪费，提高了斯特林发动机发电的经济效益；热管冷却装置只包括热管、导热油、冷却器壳体，没有机械运动部件，使结构得到显著简化，体积明显变小，噪音基本消失，并且能够充分发挥小型斯特林发动机的灵活特性。

Description

用于斯特林发动机冷却器的主动式热管冷却装置

技术领域

本实用新型涉及一种用于斯特林发动机冷却器的热管冷却装置，尤其是能进行主动散热的冷却装置。 

背景技术

目前，传统的斯特林发动机冷却器通常采用给水泵提供循环水，风机以强制对流的方式对循环冷却水箱进行换热。 

当循环冷却水系统为封闭式时，循环水在给水泵的作用下压力升高，对斯特林发动机冷却系统的密封提出了高的要求，增加了制造难度同时，对设备材料也做出了承压方面的限定；当循环冷却水系统为开放式时，风机强制对流换热不可避免地会造成循环水的流失浪费，而且水量减少到一定程度，需要增添补水系统，使循环冷却水系统更加复杂。 

斯特林发动机作为发电设备，而循环冷却水系统中的给水泵与风机都是耗能设备，这就降低了斯特林发动机的发电效率，影响了斯特林发动机的运行经济性。 

循环冷却水系统结构包括给水泵、风机、循环水箱、散热翅片和连接管道，系统结构复杂，且各个设备的成本高昂，不利于斯特林发动机在实际应用中的广泛推广；循环冷却水系统设备所占的体积与部分斯特林发动机机型的整机体积相仿，大大地降低了空间利用率，严重地影响了小型斯特林发动机发挥灵活的特性。 

循环冷却水系统中，当给水泵和风机出现紧急故障亦或是失去电力供应时，会导致斯特林发动机的冷却器冷却效果恶化，轻则影响效率与功率，重则损坏斯特林发动机主机设备，造成重大损失。 

小型斯特林发动机旨在作为无电、缺电的偏远地区使用，而循环冷却水方法在这些地区应用受到限制。现用新型热管冷却装置对斯特林发动机的冷却器进行主动式冷却，不需要额外电力供应，多根热管的配合使用，保证了冷却效果并使发动机运行稳定。 

发明内容

为了克服现有斯特林发动机循环冷却水系统存在的诸多弊端，本实用新型提出了一种用于斯特林发动机冷却器的主动式热管冷却装置，该冷却装置不需要额外能耗，而且结构简单、成本低廉，热管和导热油的组合使用，可以保证发动机冷却器的冷却效果。 

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案为：一种用于斯特林发动机冷却器的主动式热管冷却装置，包括冷却器上盖板、冷却器圆筒壁、冷却器下底板和发动机气缸外壁围成的一个圆柱形空心通孔腔体，其特点是：空心通孔腔体内充满导热油，从冷却器圆筒壁外周面向空心通孔腔体内插有水平方向均匀间隔分布，竖直方向均匀排布的热管管组。 

热管管组包括上部热管管组和下部热管管组，上部热管管组中热管长度小于下部热管管组的长度。 

冷却器上盖板上通过回热器连接冷却管束，冷却管束插在空心通孔腔体内，并沿圆周均匀排布。 

上部热管管组与冷却管束之间在水平方向的间距和下部热管管组与气缸壁之间在水平方向的间距相等。 

冷却管束分三层圆筒形布置，层与层之间的间距相等，同一层中的相邻冷却管束之间的间距相等。 

本实用新型的有益效果在于:解决了循环冷却水系统的额外能耗问题，避免了冷却水的流失浪费，提高了斯特林发动机发电的经济效益；新型热管冷却装置只包括热管、导热油、冷却器壳体，没有机械运动部件，使结构得到显著简化，体积明显变小，噪音基本消失，并且能够充分发挥小型斯特林发动机的灵活特性；对于无电、缺电的偏远地区来说，不需要额外电力供应的新型热管装置具有更加广阔的推广价值。 

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图； 

图2是图1的俯视图；

图3是图1的仰视图；

图4是本实用新型的壳体整体外观示意图；

图5是本实用新型的壳体侧视图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步说明。 

如图1至图5所示，本实用新型的用于斯特林发动机冷却器的主动式热管冷却装置，包括上部热管管组1、下部热管管组2、发动机气缸外壁3、冷却器圆筒壁4、冷却管束5、冷却器上盖板6、冷却器下底板7、导热油8、动力活塞9、配气活塞10、回热器11，空心通孔腔体12。 

冷却器下底板7和发动机气缸外壁3围成的一个圆柱形空心通孔腔体12。空心通孔腔体12内充满导热油8，从冷却器圆筒壁4外周面向空心通孔腔体12内插有水平方向均匀间隔分布，竖直方向均匀排布的热管管组。 

热管管组包括上部热管管组1和下部热管管组2，上部热管管组1中热管长度小于下部热管管组2的长度。 

冷却器上盖板6上通过回热器11连接冷却管束5，冷却管束5插在空心通孔腔体12内，并沿圆周均匀排布。 

上部热管管组1与冷却管束5之间在水平方向的间距和下部热管管组2与气缸壁3之间在水平方向的间距相等。 

冷却管束5分三层圆筒形布置，层与层之间的间距相等，同一层中的相邻冷却管束5之间的间距相等。 

冷却器圆筒壁4上，竖直方向均匀分层、水平方向间隔均匀、层与层之间顺排布置多孔样式，数根热管穿过孔隙插入空心通孔腔体，热管管组在空心通孔腔体12内部分与导热油8接触，热管管组在空心通孔腔体12外部分置于外界环境中；发动机动力活塞9压缩工质的压缩热通过气缸壁和冷却管束5散到空心通孔腔体内12的导热油8中，导热油8均匀吸热升温后，通过两种渠道进行散热：一种是热量被上部热管管组1与下部热管管组2的蒸发段吸收，再通过上部热管管组1与下部热管管组2的冷凝段散到环境中去；另一种是通过金属材质的冷却器圆筒壁和冷却器下底板7散到环境中去。最终实现压缩热由“冷却管束5、发动机气缸外壁3→导热油8→热管、冷却器圆筒壁4、冷却器下底板6→外界环境”的主动散热过程。 

如图1所示，导热油8是一种热量的传递介质，具有加热均匀、传热效果好、输送和操作方便等优点，导热油8在常压下工作，提高了系统和设备的可靠性；上部热管管组1和下部热管管组2是极高导热性能的传热元件，通过在全封闭真空管内的工作液的蒸发与凝结来传递热量，具有传热效率高、流体阻力损失小、管结构紧凑等优点。 

如图2 、3所示，上部热管管组1和下部热管管组2穿过冷却器圆筒壁4的表面孔隙水平插入导热油8中，上部热管管组1相对下部热管管组2短一些，上部热管管组1和冷却管束5的间距与下部热管管组2和气缸壁3的间距相等；冷却管束5分三层圆筒形布置，层与层之间插排设计且层层间距相等，同一层管束的管与管间距也是相等的。 

如图4、5所示，上部热管管组1和下部热管管组2沿冷却器圆筒壁4分层布置，层与层之间顺排设计且层层间距相等，同一层热管管组的管与管间距也是相等的。 

斯特林发动机动力活塞压缩工质的压缩热通过气缸壁3和冷却管束5散到空心通孔腔体12内，在空心通孔腔体12中的导热油8均匀地吸收热量，本实用新型热管冷却装置采用两种方式对导热油8进行散热，一种是冷却器圆筒壁4使用易导热的金属材质，且冷却器圆筒壁4设计半径很大，则导热油8与冷却器圆筒壁4有很大的接触表面积，加强了换热量；另一种是导热油8热量被上部热管管组1与下部热管管组2的蒸发段吸收，热管蒸发段真空腔内工作液由液态变气态的相变过程，然后工作液蒸气到达上部热管管组1与下部热管管组2的冷凝段迅速凝结成液体，把热量散到环境中去，最后工作液再沿多孔材料靠毛细力的作用流回蒸发段，如此进行循环散热。 

为了保证斯特林发动机高的功率和效率，斯特林发动机工作循环中，动力活塞压缩工质过程应趋于等温过程，这就要求压缩热能够及时快速的传递出去，本实用新型热管冷却装置能胜任此项任务，并相比循环冷却水系统有以下明显的优势： 

（1）导热油8在常压的加热系统中免去了安装管道，节省了设备投资，且导热油8不容易造成冷却器壳体的腐蚀和结垢；导热油适用温度范围宽，最低使用温度-80℃，最高使用温度为350℃，不受循环水系统的水凝固结冰的限制。

（2）上部热管管组1和下部热管管组2工作性质为管内工作液的相变过程，没有类似给水泵、风机等运动机械部件，这降低了噪音与振动，提高了发动机的运行稳定性。 

（3）新型热管冷却装置与斯特林发动机结为一体，不用单独组建辅助的循环冷却水系统，使得冷却结构简单、体积减小，空间利用率升高，发动机灵活性加强。 

（4）导热油8与热管管组1、2工作性质都为自身的物理特性，都不需要额外的耗能，对于无电、缺电的偏远地区来说，新型热管冷却装置具有更加广阔的推广价值。 

Claims (4)

1.一种用于斯特林发动机冷却器的主动式热管冷却装置，包括冷却器上盖板（6）、冷却器圆筒壁（4）、冷却器下底板（7）和发动机气缸外壁（3）围成的一个圆柱形空心通孔腔体（12），其特征在于：所述空心通孔腔体（12）内充满导热油（8），从冷却器圆筒壁（4）外周面向空心通孔腔体（12）内插有水平方向均匀间隔分布，竖直方向均匀排布的热管管组。

2.根据权利要求1所述的用于斯特林发动机冷却器的主动式热管冷却装置，其特征在于：所述热管管组包括上部热管管组（1）和下部热管管组（2），上部热管管组（1）中热管长度小于下部热管管组（2）的长度；所述冷却器上盖板（6）上通过回热器（11）连接冷却管束（5），冷却管束（5）插在空心通孔腔体（12）内，并沿圆周均匀排布。

3.根据权利要求2所述的用于斯特林发动机冷却器的主动式热管冷却装置，其特征在于：所述上部热管管组（1）与冷却管束（5）之间在水平方向的间距和下部热管管组（2）与气缸壁（3）之间在水平方向的间距相等。

4.根据权利要求2所述的用于斯特林发动机冷却器的主动式热管冷却装置，其特征在于：所述冷却管束（5）分三层圆筒形布置，层与层之间的间距相等，同一层中的相邻冷却管束（5）之间的间距相等。

Images